目前，物聯(lián)網(wǎng)(IOT)技術在世界范圍內(nèi)受到廣泛關注，對此各國都投入大量的人力物力，掀起了繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。美國、中國、歐洲各國、日本、韓國等都對IOT技術進行了大量研究，實施了很多研究計劃。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工廠和物流庫房數(shù)量大幅度增加，且儲存貨物的種類及規(guī)模也日益增大。這給倉庫環(huán)境監(jiān)測與物品安全管理提出了更高要求。
在這樣的背景下，國內(nèi)外的專家和學者開展了基于IOT技術的倉庫管理系統(tǒng)研究。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術只是應用于倉庫管理方面，盡管倉庫的環(huán)境檢測能夠?qū)崿F(xiàn)實時、有效的監(jiān)控，但系統(tǒng)還遠遠沒有達到智能化的要求，特別是在報警手段和問題處理上主要依賴于人工。因此，直接、準確、高效的倉庫智能監(jiān)控預警并及時處理所產(chǎn)生的問題就成為一個急需解決的工程應用問題。
1系統(tǒng)組成及功能
智能倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計包括無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、事件處理系統(tǒng)三個部分，共同構成了IOT的感知層、傳輸層和處理層。無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)包含IOT的感知層和傳輸層。感知層基于Zigbee數(shù)據(jù)采集傳感器技術而設計，由分布于倉庫中多種傳感器構成，用以采集倉庫中的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。傳輸層基于Zigbee數(shù)傳技術而設計，由Zigbee終端節(jié)點、Zigbee路由節(jié)點以及Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點構成的Zigbee無線模塊傳輸網(wǎng)絡。Zigbee數(shù)據(jù)采集傳感器采集到的倉庫溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)Zigbee數(shù)傳傳輸層傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)。智能監(jiān)控系統(tǒng)和事件處理系統(tǒng)共同構成了IOT的處理層。智能監(jiān)控系統(tǒng)是一個管理中心計算機，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫中，并實時對采集到的數(shù)據(jù)進行智能的分析和處理；根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)決定是否通知事件處理系統(tǒng)對當前發(fā)生的問題經(jīng)行處理。事件處理系統(tǒng)在CIT技術基礎上設計的，它是智能監(jiān)控系統(tǒng)命令的執(zhí)行者，根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)的命令通過電信網(wǎng)關自動通知倉庫相關管理人員告知倉庫發(fā)生火災，經(jīng)其確認后開啟倉庫滅火系統(tǒng)進行滅火，并自動撥打119報火警。系統(tǒng)方案結構框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)整體框圖
2系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)硬件包括傳感器、ZigBee無線模塊節(jié)點和電信網(wǎng)關。
2．1傳感器
基于智能系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功用，本系統(tǒng)傳感器包括環(huán)境監(jiān)測傳感器和火災報警傳感器。對于庫房的環(huán)境而言，首先需要關注的溫度和濕度這兩個參數(shù)，因此環(huán)境監(jiān)測傳感器設計為溫濕度傳感器。按照精度高、低功耗的設計原則，溫濕度傳感器采用SHTl0型號溫濕度傳感器。SHTl0是一個高度集成的芯片，它將溫度感測、濕度感測、信號變換和A／D轉換等功能集成到一個芯片上。其主要特點是高精度(測濕精度±3．5％，測溫精度±0．50℃)、高可靠性、超低功耗。溫度測量范圍：一40～123．80℃。接口電路如圖2所示。
圖2 SHT10溫度傳感器接口電路
該傳感器僅僅使用一根線路與Zigbee數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點上微處理器的IO端口相連，即可獲得精確的溫、濕度環(huán)境數(shù)據(jù)，實用性極強。為了保證報警的精確度，本系統(tǒng)火災報警傳感器設計為兩種傳感器：火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器。火焰?zhèn)鞲衅鞑捎?span lang="EN-US">R2868火焰?zhèn)鞲衅鳎瑹熿F傳感器采用HIS-07離子煙霧傳感器。R2868火焰?zhèn)鞲衅髟诨鹦钱a(chǎn)生瞬問能夠準確地發(fā)現(xiàn)，它可以探測185到260個不同的狹窄光譜敏感源。它具有很小的體積和很寬敏感角度，并能快速準確地發(fā)現(xiàn)從火焰被發(fā)出的弱紫外線。HIS一07離子式煙霧傳感器性能遠優(yōu)于氣敏電阻類傳感器，對微小煙霧粒子的感應更靈敏，對各種煙響應均衡，報警響應時問短，且該傳感器體積小，便于安裝。
2．2 Zigbee數(shù)傳節(jié)點及網(wǎng)絡拓撲結構
Zigbee數(shù)傳節(jié)點負責檢測和傳遞傳感器采集數(shù)據(jù)的任務。該系統(tǒng)采用了典型的Zigbee無線模塊傳感器節(jié)點的結構。Zigbee無線模塊節(jié)點的設計為芯片CC2530。該芯片為工業(yè)級，具有高可靠性、高靈敏度、適應環(huán)境能力強等優(yōu)點。協(xié)調(diào)器和路由器采用外供電方式。終端節(jié)點根據(jù)用途、要求傳輸?shù)木嚯x(通信范圍)與減低功耗的要求，均采用低功率模塊使用紐扣電池供電。無線傳感器網(wǎng)絡是由協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點組成的，為了適應倉庫環(huán)境的多種變化和位置繁多與實用高效的特點，本系統(tǒng)采用樹形網(wǎng)絡拓撲結構。
2．3電信網(wǎng)網(wǎng)關
電信網(wǎng)網(wǎng)關的設計使用了計算機電信集成(CTI)技術，采用程控交換專用芯片。電信網(wǎng)網(wǎng)關主要由模擬中繼接口芯片MY8632TS、DTMF信號收發(fā)器MT8888組成，其電路圖如圖3所示。其原理是MT8888是具有呼叫進程濾波的單片DTMF收發(fā)器，采用CMOS技術，功耗小而可靠性高。接收信號部分以標準DTMF接收器為標準，而DTMF發(fā)送器使用開關電容D／A變換器產(chǎn)生低失真和高精度的16種DTMF雙音頻信號，用內(nèi)部計數(shù)器控制突發(fā)模式，因此音信號能以精確的定時突發(fā)傳送。MY8632TS為電話接口芯片，MT8632TS可將25 Hz、75 Vrms的鈴流轉換為計算機能夠識別的TTL電平的信號，也具有摘、掛機功能，并可執(zhí)行2／4線轉換功能，便于連接聲卡的入、出口。上述兩個主芯片的功能使得電信網(wǎng)網(wǎng)關能夠接收管理中心的上位機發(fā)出的信息，根據(jù)解讀信息的結果，發(fā)出指令，控制硬件進行電信網(wǎng)相應的呼叫操作。
圖3 電信網(wǎng)關硬件電路
3系統(tǒng)軟件設計
管理中心計算機軟件通過串口和接協(xié)調(diào)器收端節(jié)點連接。接收并顯示所采集的倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫中。為了系統(tǒng)的靈活方便，使用Access單機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。管理中心計算機與溫濕度控制器和滅火控制器相連，可以對倉庫的相應位置進行控制溫濕度變化和消防滅火。管理中心計算機軟件通過電信網(wǎng)網(wǎng)關同電信網(wǎng)相連接，可以通過電信網(wǎng)發(fā)起提醒和報警呼叫。中心管理機軟件主要是負責將倉庫每天的環(huán)境數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫中進行智能處理，并以圖形和數(shù)字的方式顯示以便查看。溫濕度信息隨上報的數(shù)據(jù)實時變化，此外還設置有煙霧、火焰兩個報警燈顯示。當某個節(jié)點環(huán)境檢測數(shù)據(jù)達到提醒閾值或火焰、煙霧傳感器有一個監(jiān)測到火情時，智能倉庫監(jiān)控系統(tǒng)應用程序自動向溫濕度控制器發(fā)出控制信號，對倉庫某部分環(huán)境進行溫濕度控制調(diào)節(jié)。并同時通過電信網(wǎng)語音卡的軟件，自動撥打相關倉庫管理人員的手機，用電信網(wǎng)將相關節(jié)點物品的告警信息以語音的方式通知相關倉庫管理人員。但只有當某個節(jié)點火焰、煙霧傳感器同時監(jiān)測到火情時，智能倉庫監(jiān)控系統(tǒng)應用程序自動向滅火控制器發(fā)出控制信號，對倉庫某部分環(huán)境進行防災滅火操作。并同時通過電信網(wǎng)語音卡的軟件，自動撥打相關倉庫管理人員的手機，用電信網(wǎng)將相關節(jié)點物品的火災信息以語音的方式通知倉庫管理人員。告知倉庫管理人員，倉庫發(fā)生火災已經(jīng)智能滅火，可根據(jù)實際情況看是否需要報火警，請消防隊處理。以使災害得到及時處理，減少倉庫財產(chǎn)損失，而又避免誤報火情。
4實驗結果
本系統(tǒng)經(jīng)倉庫實地測試結果表明：系統(tǒng)硬件設備工作可靠，軟件系統(tǒng)運行穩(wěn)定。具體的結果：(1)系統(tǒng)對庫房環(huán)境參數(shù)檢測時效性良好，溫度的絕對誤差小于0.5℃C，濕度的絕對誤差小于3％；(2)系統(tǒng)具有較強的庫房火災監(jiān)控性能，火焰?zhèn)鞲衅髟跓燁^距離為4m時報警；而煙霧傳感器在香煙距離2m時開始報警；系統(tǒng)的報警延時為6秒；(3)系統(tǒng)表現(xiàn)出自動環(huán)境調(diào)控性能，在實驗中當溫濕度超過閾值時系統(tǒng)給空調(diào)和加濕器發(fā)出信號，空調(diào)和加濕器均能啟動和停止。由于實驗的房問較大，空調(diào)的功率較小并且加濕器只有一臺，因此系統(tǒng)調(diào)控能力有限。考慮到我們主要是測試系統(tǒng)的調(diào)試功能，因此這已經(jīng)足夠了；(4)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量影響收發(fā)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。另外，由于庫房內(nèi)沒有滅火系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的自動滅火性能沒有測試。
5結論
本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)了一套智能倉庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)把物聯(lián)網(wǎng)技術與電信網(wǎng)技術、自動控制技術相結合，充分利用網(wǎng)絡資源，可以直接、準確、高效、可靠的對倉庫內(nèi)的溫、濕度進行智能監(jiān)控，在發(fā)生火災時能及時滅火和報警。實驗測試結果表明：系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，控制靈活、準確，有較強的通用性。